Alimentation en énergie innovante et durableavec la pile à combustible
La pile à combustible constitue un concept prometteur pour l’entraînement des engins de manutention électriques.
L’hydrogène utilisé comme technologie d’entraînement dans l’intralogistique
La pile à combustible transforme directement l’énergie chimique de l’hydrogène liquide en énergie électrique, avec l’oxygène contenu dans l’air et sans intervention mécanique. La chaleur exploitable supplémentaire qui est produite permet d’atteindre un rendement très élevé. Les piles à combustible sont par ailleurs plus légères que des batteries. Elles sont fiables et silencieuses. L’hydrogène peut être stocké de façon compacte et décentralisée, sur de longues périodes et les véhicules sont rechargés en quelques minutes. Autre avantage important : l’absence d’émissions puisqu’une pile à combustible ne rejette que de l’eau.
La pile à combustible se compose de deux électrodes, l’anode et la cathode, et d’une membrane d’électrolyte qui sépare les deux électrodes ainsi que les gaz, mais permet également le transport de certains ions. L’anode est alimentée en continu en carburant et la cathode en oxygène.
Lors de la réaction chimique, des ions d’hydrogène passent de l’anode à la cathode, où ils se lient à l’oxygène pour former de l’eau, produisant ainsi un courant continu d’une tension de 0,7 volt par cellule. Pour générer des tensions supérieures, plusieurs piles à combustible sont branchées en série dans un « stack ». Un onduleur transforme le courant continu en courant alternatif. La chaleur dégagée par la pile à combustible est découplée via un circuit de refroidissement et utilisée pour le chauffage.
Fronius HyLOG-Fleet : leader dans le développement de piles à combustible
Fronius se concentre depuis 2001 sur le développement de technologies innovantes permettant d’utiliser l’hydrogène comme source d’énergie pour diverses applications. Nous avons ainsi déjà mis en œuvre avec succès plusieurs projets avec de grandes entreprises et des instituts de recherche, et d’autres sont prévus pour l’avenir.
Nous avons développé un système de piles à combustible pour engins de manutention nommé Fronius HyLOG-Fleet, que nous avons présenté pour la première fois en 2011 conjointement avec la société Linde Material Handling, fournisseur de chariots élévateurs et partenaire du projet. L’HyLOG-Fleet est actuellement utilisé pour les engins de manutention de classe 3, à savoir les appareils d’entreposage à siège ou plate-forme. Par rapport aux batteries, les piles à combustible présentent de nombreux avantages : de sept à douze heures, la durée de charge est réduite à seulement quelques minutes. Inutile d’installer des locaux et des stations de charge de batteries. Fronius HyLOG-Fleet ne produit pas ailleurs aucune émission et s’avère ainsi particulièrement rentable et écologique.
Les possibilités d’utilisation de la pile à combustible s’étendent des engins de manutention pour l’intralogistique jusqu’aux véhicules communaux, en passant par les machines de construction et agricoles. Les nombreux avantages de la pile à combustible, à savoir son efficacité énergétique, l’absence d’émissions, la maintenance facile et la grande disponibilité, ont déjà fait leurs preuves.
Projets de référence
Les dix chariots à petite levée de la société Linde sont équipés d’un entraînement hybride à pile à combustible de Fronius composé d’un réservoir d’hydrogène, d’une pile à combustible 24 volts qui transforme l’hydrogène en énergie électrique ainsi que d’une batterie lithium-ion qui stocke le courant produit et sert de batterie d’entraînement. Pour alimenter la flotte en carburant, le groupe énergétique OMV a installé la première station de ravitaillement en hydrogène d’intérieur en Europe. Le projet bénéficie d’une aide publique dans le cadre du programme Climat et énergie du gouvernement fédéral autrichien.
Le programme E-LOG-Biofleet a pour objectif d’augmenter la productivité et la rentabilité de DB Schenker, tout en améliorant sa performance environnementale et son efficacité énergétique. Toutes les parties prenantes espèrent tirer de ce projet des conclusions importantes permettant d’aboutir à la production en série de la pile à combustible.
Dans le cadre du projet pilote, une installation « Power-to-Gas » a été réalisée sur le site d’OMV à Auersthal, en Basse-Autriche, et un électrolyseur haute pression a été développé afin de décomposer l’eau en hydrogène et oxygène à l’aide de l’énergie éolienne. L’hydrogène produit de façon durable est injecté directement dans le réseau haute pression de la station de compression OMV d’Auersthal. Ceci permet de stocker le gaz de manière flexible et de le transporter jusqu’au consommateur.
Les partenaires du projet testent ensemble comment procéder à une injection optimale de l’hydrogène renouvelable dans le réseau de gaz naturel sur le plan technique et dans le respect des procédures d’autorisation. Ils étudient également le fonctionnement idéal du remplissage et de l’utilisation de l’hydrogène dans la mobilité. À l’aide des analyses juridiques, économiques et écologiques de l’Institut de l’énergie, les entreprises veulent ainsi poser les bases d’un vaste déploiement de cette technologie innovante.
Le projet H2IntraDrive avait pour objectif d’effectuer des recherches en conditions réelles sur les ressources requises pour les engins de manutention fonctionnant à l’hydrogène. Conjointement avec le groupe BMW et Linde Material Handling, il avait permis de créer la chaire Manutention, flux de matières et logistique de l’Université technique de Munich. Le constructeur automobile avait pour cela mis à disposition son site de production de Leipzig. Les essais avaient été menés avec plusieurs chariots élévateurs et trains logistiques.
Pour H2IntraDrive, Fronius a équipé deux trains logistiques P30 de Linde avec sa technologie innovante de piles à combustible HyLOG. Le système se compose d’un réservoir d’hydrogène, d’une pile à combustible 24 volts qui transforme l’hydrogène en énergie électrique et d’une batterie lithium-ion qui stocke le courant produit et sert de batterie d’entraînement. BMW a par ailleurs érigé sur le site la première station de ravitaillement d’intérieur d’Allemagne pour engins de manutention fonctionnant à l’hydrogène afin de permettre un rechargement des véhicules directement dans le hall de production.
L’entreprise espère que ce projet permettra d’optimiser son intralogistique à long terme. H2IntraDrive a permis aux scientifiques de recueillir de précieuses informations sur les besoins en énergie, la portée, la durée de vie et la manipulation des engins de manutention qui seront très utiles pour poursuivre le développement de la technologie de piles à combustible.
En collaboration avec les partenaires du projet LADOG, ElringKlinger, Heinzmann et Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Fronius développe un groupe motopropulseur électrique pour véhicules utilitaires appelé ELAAN et prévu entre autres pour la logistique municipale, l’horticulture, la construction de routes, l’élimination des déchets, la voirie et le nettoyage municipal. Un moteur électrique assure un fonctionnement fiable, silencieux, peu polluant et efficace sur le plan énergétique.
Les besoins énergétiques importants des véhicules sont couverts par un « Range Extender » à pile combustible sans émissions combiné à une batterie faisant office de réserve de puissance et d’énergie. Un réservoir d’hydrogène jusqu’à 350 bar garantit une portée suffisante du véhicule et permet une grande disponibilité grâce à un temps de ravitaillement inférieur à trois minutes. Grâce à des prototypes, le projet ELAAN doit permettre de collecter de précieuses informations concernant l’aptitude à l’usage courant du système d’entraînement innovant.
